本发明涉及由铁矿石连续生产海绵铁，包括以下步骤：将铁矿石装入直接还原竖炉中；提供富氢还原气体；将富氢还原气体加热至预定温度；将经加热的富氢还原气体引入直接还原竖炉中以将铁矿石还原从而生产海绵铁；以及从直接还原竖炉中取出所生产的海绵铁。本发明还涉及用于生产海绵铁的设备，包括：直接还原竖炉；用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置；用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置；富氢还原气体源；从用于提供富氢还原气体的装置延伸到直接还原竖炉的还原气体管线；以及用于加热富氢还原气体的加热器。
背景技术：
1、通过在直接还原竖炉中直接还原铁矿石来连续生产海绵铁是已知的。因此，氢气可以主要用作还原气体，由此与主要使用含碳气体(例如天然气)作为还原气体的技术相比，来自竖炉的二氧化碳排放显著减少。
2、氢气通常在所谓的电解器中通过由电力驱动的过程生产。电解器所需的电力的取得可能随时间而变化和/或可用电力的价格可能波动。因此，从电解器到直接还原竖炉的流量可能波动。现有技术建议向氢气流中添加另外的还原气体(例如天然气)以补偿后者的波动。然而，这样的补偿会导致二氧化碳排放的增加排放。
3、发明目的
4、本发明的一个目的是提出用于通过富氢还原气体直接还原铁矿石来生产海绵铁的方法和设备，所述方法和设备补偿了富氢还原气体的流量波动，与其中使用天然气来补偿的解决方案相比来自直接还原的二氧化碳的排放减少，或者二氧化碳的排放完全不增加。
5、富氢气体的流量波动可能是由于故意控制流量，例如由生产在过程中使用的氢气所需的电力价格波动引起；或者是非故意波动，例如由用于产生该方法中使用的氢气的电力的波动可用性引起。在从直接还原竖炉的顶部气体中取出氢气并将其添加到用作还原气体的氢气中的情况下，波动也可能由直接还原竖炉中的导致从顶部气体中取出的氢气的流量波动的波动条件引起。波动可能具有很大的程度，并且可能具有相当长时间的持续时间。
技术实现思路
1、本发明的目的通过用于由铁矿石连续生产海绵铁的方法来实现，所述方法包括以下步骤：
2、-将铁矿石装入直接还原竖炉中，
3、-提供富氢还原气体，
4、-将富氢还原气体加热至预定温度，
5、-将经加热的富氢还原气体引入直接还原竖炉中以将铁矿石还原从而生产海绵铁，以及
6、-从直接还原竖炉中取出所生产的海绵铁，
7、-所述方法的特征在于，其包括以下步骤：
8、-测量该富氢气体的流量，以及
9、-基于所测量的富氢气体的流量来控制进入直接还原竖炉中的铁矿石的流量，以及
10、-基于所测量的富氢气体的流量来控制从直接还原竖炉中取出的海绵铁的流量，其中
11、-对铁矿石的流量和海绵铁的流量进行控制使得它们是与所测量的富氢还原气体的流量成比例的。
12、根据一个实施方案，所述方法包括测量富氢还原气体的组成的另外的步骤，其中基于所测量的富氢还原气体的流量以及基于所测量的富氢还原气体的组成来控制进入竖炉中的铁矿石的流量和从直接还原竖炉中取出的海绵铁的流量。
13、根据一个实施方案，对富氢还原气体的组成按照其将引起铁矿石的直接还原的还原剂的含量进行评估，其中将还原剂的含量和富氢还原气体的流量彼此相乘以产生输入值，基于所述输入值来控制铁矿石的流量和海绵铁的流量。
14、根据一个实施方案，对铁矿石的流量和海绵铁的流量进行控制使得它们彼此对应以及使得直接还原竖炉中的铁矿石和海绵铁的组合水平保持为恒定水平。
15、根据一个实施方案，富氢还原气体的流量具有在直接还原竖炉的预定标称操作条件期间应用的预定标称值，以及其中富氢气体的流量从所述标称值下降到阈值的预定初始降低通过向富氢气体中添加甲烷气体来补偿，而不相应降低铁矿石的流量和海绵铁的流量，以及当富氢气体的流量进一步降低到低于所述阈值时，基于所测量的氢气的流量来控制铁矿石的流量和海绵铁的流量。
16、根据一个实施方案，所述方法包括测量直接还原竖炉中的压力的步骤，其中对所述甲烷气体的添加进行控制使得在富氢还原气体的流量从所述标称值降低到所述阈值时在直接还原竖炉中保持标称操作压力。
17、根据一个实施方案，富氢气体包含至少80重量％的氢气。
18、根据一个实施方案，富氢气体包含至少90重量％的氢气。
19、根据一个实施方案，富氢气体包含至少95重量％的氢气。
20、根据一个实施方案，富氢还原气体包括电解器中产生的氢气和由从直接还原竖炉中取出的废气获得的氢气。
21、根据一个实施方案，测量富氢气体的流量的步骤包括测量由废气携带的氢气的流量或者测量由废气获得的氢气的流量。优选地，所述方法包括将来自电解器的氢气与由废气获得的氢气混合的步骤，其中如在相应氢气的流动方向上所看到的，在将所述氢气混合的点的上游进行所述测量。废气中氢气的流量为是否已用足量的氢气进行还原以产生具有预定最低金属化水平的海绵铁(优选高于90重量％，或甚至更优选高于92.5重量％的铁)的良好指标。通过基于所测量的废气中或由废气获得的氢气的流量来控制进入直接还原竖炉中的铁矿石的流量，以及基于所测量的废气中或由废气获得的氢气的流量来控制从直接还原竖炉中取出的海绵铁的流量，由废气携带的氢气的流量可以被控制在产生具有至少所述预定最低金属化水平的海绵铁的预定范围内。本发明的目的还通过用于生产海绵铁的设备来实现，所述设备包括：
22、-直接还原竖炉，
23、-用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置，
24、-用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置，
25、-富氢还原气体源，
26、-从富氢还原气体源延伸到直接还原竖炉的还原气体管线，
27、-用于加热还原气体管线中的富氢还原气体的加热器，所述设备的特征在于，其包括
28、-流量计，所述流量计被配置成测量还原气体管线中的富氢还原气体的流量，和
29、-控制单元，所述控制单元被配置成基于来自流量计的输入来控制用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置以及控制用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置，使得铁矿石的流量和海绵铁的流量是与所测量的富氢还原气体的流量成比例的。
30、根据一个实施方案，设备包括用于测量富氢还原气体的组成的传感器，以及其中所述控制单元被配置成基于来自所述传感器的输入来控制用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置以及控制用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置。
31、根据一个实施方案，控制单元被配置成对富氢还原气体的组成按照其将引起铁矿石的直接还原的还原剂的含量进行评估，以及将还原剂的含量和富氢还原气体的流量彼此相乘并产生输入值，基于所述输入值来控制用于装入铁矿石的装置和用于取出海绵铁的装置。
32、根据一个实施方案，控制单元被配置成对用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置进行控制以及对用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置进行控制，使得铁矿石和海绵铁的流量彼此对应以及使得直接还原竖炉中的铁矿石和海绵铁的组合水平保持为恒定水平。
33、根据一个实施方案，设备包括甲烷气体源和用于控制甲烷气体从所述甲烷气体源流入还原气体管线的装置，以及其中富氢还原气体的流量具有在直接还原竖炉的预定标称操作条件期间应用的预定标称值，以及其中，作为对所测量的富氢气体的流量从所述标称值下降到阈值的预定初始降低的响应，控制单元被配置成通过控制从甲烷气体源向富氢还原气体中添加甲烷气体来补偿所述降低，而不相应降低铁矿石的流量和海绵铁的流量，以及控制单元被配置成其中当富氢还原气体的流量进一步降低到低于所述阈值时基于所测量的富氢还原气体的流量通过控制用于装入铁矿石的装置和用于取出海绵铁的装置来控制铁矿石的流量和海绵铁的流量。
34、根据一个实施方案，设备包括用于测量直接还原竖炉中的压力的传感器，以及其中控制单元被配置成对所述甲烷气体的添加进行控制，通过这样，使得在富氢还原气体的流量从所述标称值降低到所述阈值时在直接还原竖炉中保持标称操作压力。
35、根据一个实施方案，富氢还原气体源包括电解器和用于回收从直接还原竖炉取出的废气的废气回收管线。
36、根据一些实施方案，设备还包括被配置成测量废气回收管线中的氢气的流量的流量计，其中控制单元被配置成基于来自流量计的输入来控制用于将铁矿石装入直接还原竖炉中的装置以及控制用于从直接还原竖炉中取出海绵铁的装置。控制单元被配置成对所述装置进行控制使得铁矿石的流量和海绵铁的流量是与由废气携带的氢气的流量的所测量的流量成比例的。在所公开的实施方案中，流量计定位在废气回收管线中设置的废气清洁装置的上游。然而，只要废气清洁装置在其能够提取氢气的百分比方面高效，流量计也可以位于废气清洁装置的下游。根据以往与海绵铁品质(主要由金属化程度限定)与废气中氢气含量之间的关系相关的数据进行控制。
1.一种用于由铁矿石连续生产海绵铁的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，包括测量所述富氢还原气体的组成的另外的步骤，其中基于所测量的所述富氢还原气体的流量以及基于所测量的所述富氢还原气体的组成来控制进入所述竖炉(1)中的所述铁矿石的流量和从所述直接还原竖炉(1)中取出的所述海绵铁的流量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述富氢还原气体的组成按照其将引起所述铁矿石的直接还原的还原剂的含量进行评估，以及其中将所述还原剂的含量和所述富氢还原气体的流量彼此相乘以产生输入值，基于所述输入值来控制所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中对所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量进行控制使得它们彼此对应以及使得所述直接还原竖炉(1)中的铁矿石和海绵铁的组合水平保持为恒定水平。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述富氢还原气体的流量具有在所述直接还原竖炉(1)的预定标称操作条件期间应用的预定标称值，以及其中所述富氢气体的流量从所述标称值下降到阈值的预定初始降低通过向所述富氢气体中添加甲烷气体来补偿，而不相应降低所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量，以及其中当所述富氢气体的流量进一步降低到低于所述阈值时，基于所测量的氢气的流量来控制所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量。
6.根据权利要求5所述的方法，包括测量所述直接还原竖炉(1)中的压力的步骤，其中对所述甲烷气体的添加进行控制使得在所述富氢还原气体的流量从所述标称值降低到所述阈值时在所述直接还原竖炉(1)中保持标称操作压力。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述富氢气体包含至少80重量％的氢气。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述富氢气体包含至少90重量％的氢气。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述富氢气体包含至少95重量％的氢气。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述富氢还原气体包括电解器中产生的氢气和由从所述直接还原竖炉(1)中取出的废气获得的氢气。
11.根据权利要求10和权利要求1至9中任一项所述的方法，其中测量所述富氢气体的流量的步骤包括测量由所述废气携带的氢气的流量或者测量由所述废气获得的氢气的流量；优选地，所述方法包括将来自电解器的氢气与由所述废气获得的氢气混合的步骤，其中按照在相应氢气的流动方向上所看到的，在将所述氢气混合的点的上游进行所述测量。
12.一种用于生产海绵铁的设备，包括：
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述设备包括用于测量所述富氢还原气体的组成的传感器(9)，以及其中所述控制单元(8)被配置成基于来自所述传感器(9)的输入来控制所述用于将铁矿石装入所述直接还原竖炉(1)中的装置(2)以及控制所述用于从所述直接还原竖炉(1)中取出海绵铁的装置(3)。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制单元(8)被配置成对所述富氢还原气体的组成按照其将引起所述铁矿石的直接还原的还原剂的含量进行评估，以及将所述还原剂的含量和所述富氢还原气体的流量彼此相乘并产生输入值，基于所述输入值来控制用于装入铁矿石的所述装置(2)和用于取出海绵铁的所述装置(3)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中所述控制单元(8)被配置成对所述用于将铁矿石装入所述直接还原竖炉(1)中的装置(2)进行控制以及对所述用于从所述直接还原竖炉(1)中取出海绵铁的装置(3)进行控制，使得铁矿石和海绵铁的流量彼此对应以及使得所述直接还原竖炉(1)中的铁矿石和海绵铁的组合水平保持为恒定水平。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其中所述设备包括甲烷气体源(10)和用于控制甲烷气体从所述甲烷气体源(10)流入所述还原气体管线(5)中的阀门装置(11)，以及其中所述富氢还原气体的流量具有在所述直接还原竖炉(1)的预定标称操作条件期间应用的预定标称值，以及其中，作为对所测量的所述富氢气体的流量从所述标称值下降到阈值的预定初始降低的响应，所述控制单元(8)被配置成通过控制从所述甲烷气体源向所述富氢还原气体中添加甲烷气体来补偿所述降低，而不相应降低所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量，以及其中所述控制单元(8)被配置成当所述富氢还原气体的流量进一步降低到低于所述阈值时基于所测量的所述富氢还原气体的流量通过控制用于装入铁矿石的所述装置(2)和用于取出海绵铁的所述装置(3)来控制所述铁矿石的流量和所述海绵铁的流量。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述设备包括用于测量所述直接还原竖炉(1)中的压力的传感器(12)，以及其中所述控制单元(8)被配置成对所述甲烷气体的添加进行控制，使得在所述富氢还原气体的流量从所述标称值降低到所述阈值时在所述直接还原竖炉(1)中保持标称操作压力。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的设备，其中所述富氢还原气体源包括电解器(4)和用于回收从所述直接还原竖炉(1)取出的废气的废气回收管线(13)。
19.根据权利要求18和权利要求12至17中任一项所述的设备，包括被配置成测量所述废气回收管线(13)中的氢气的流量的流量计(16)，其中所述控制单元(8)被配置成基于来自所述流量计(16)的输入来控制所述用于将铁矿石装入所述直接还原竖炉(1)中的装置(2)以及控制所述用于从所述直接还原竖炉(1)中取出海绵铁的装置(3)。
